“三段式”岩石滑坡的锁固段破坏模式及演化机制

锁固段的地质结构及力学性质是“三段式”岩石滑坡的关键控制因素。根据“三段式”滑坡的地质结构特征,采用物理模型试验和颗粒流数值模拟方法,研究了锁固段岩桥角（后缘拉裂隙与前缘蠕滑段末端连线和水平方向间的角度）对锁固段的破坏模式及演化机制的影响规律。锁固段破裂的模式主要有张拉贯通破坏和张-剪混合贯通破坏两种。随着锁固段岩桥角的增大,锁固段破坏模式由张拉破坏向张-剪混合破坏转变：岩桥角小于90°时,为张拉破坏;岩桥角位于90°~110°之间,为张-剪混合破坏;当岩桥角大于110°时,锁固段并不发生破坏,边坡以其它形式发生破坏。通过锁固段的应变时程分析,随着锁固段岩桥角增大,锁固段区域拉应力的影响范围逐渐减小,由全部受拉向全部受压转变。     

“三段式”岩石滑坡的锁固段破坏模式及演化机制

锁固段的地质结构及力学性质是"三段式"岩石滑坡的关键控制因素。根据"三段式"滑坡的地质结构特征,采用物理模型试验和颗粒流数值模拟方法,研究了锁固段岩桥角(后缘拉裂隙与前缘蠕滑段末端连线和水平方向间的角度)对锁固段的破坏模式及演化机制的影响规律。锁固段破裂的模式主要有张拉贯通破坏和张–剪混合贯通破坏两种。随着锁固段岩桥角的增大,锁固段破坏模式由张拉破坏向张–剪混合破坏转变:岩桥角小于90°时,为张拉破坏;岩桥角位于90°~110°之间,为张–剪混合破坏;当岩桥角大于110°时,锁固段并不发生破坏,边坡以其它形式发生破坏。通过锁固段的应变时程分析,随着锁固段岩桥角增大,锁固段区域拉应力的影响范围逐渐减小,由全部受拉向全部受压转变。     

基于动态演化特征的锁固段型岩质滑坡前兆信息研究

 大型岩质滑坡是高能量突然释放的突发性地质灾害,常造成重大人员伤亡和经济损失。其中锁固段型岩质滑坡为大型岩质滑坡的主要类型,其发展演化具有较强的隐蔽性和突然性。依据锁固段存在形式和赋存位置,将锁固段型滑坡细分为“三段式”、“挡墙式”、阻滑块体、线性多级和阶梯状多级型5种类型。通过分析典型锁固段型滑坡的工程地质特性、滑坡阶段性演化规律和突发失稳特征,并基于动态演化特征从滑坡后缘拉裂缝开裂闭合、前缘鼓胀、坡体加剧变形和岩体微破裂声学信号特征等对岩质滑坡失稳前兆信息进行了系统总结。根据不同滑坡不同演化阶段的前兆失稳信息,利用InSAR,LiDAR,GPS,三维激光扫描和岩石微震等先进技术,采用“空–天–地–内”一体化的滑坡失稳预警防治方法。不同演化阶段的滑坡前兆信息的获取,对具有突发灾害的锁固段型岩质滑坡防治具有重要指导意义,可提高灾害预警预报准确率。     

侧翼与滑床复合锁固切向层状岩质滑坡动力学机理与稳定性判据

侧翼与滑床复合锁固滑坡是在斜坡渐进性变形过程中，切向层状岩体受特殊的边界条件控制，发生非同步和非均匀的变形而形成的。锁固段岩层的变形与破坏模式可以概化为两个相邻端固定而其余则为自由的多层矩形板结构，在横向荷载和纵向荷载共同作用下所发生的“屈曲．弯曲”变形和临界荷载下的断裂破坏问题。基于Rayleigh-Ritz能量变分法，建立了薄板的弹性挠度-荷载方程，应用塑性极限分析方法，确定板的临界荷载，建立了滑坡稳定性的判据。     

中部锁固岩桥三轴加卸荷力学特性及裂纹扩展研究

 锁固型高陡岩质边坡内部岩桥破坏机制复杂,研究边坡中部锁固段的破坏规律及其对边坡整体变形破坏机制具有重要意义。为表征滑坡后缘拉裂缝和前缘蠕滑破坏,在完整岩样端部预制裂纹形成中部岩桥,开展3种不同长度岩桥试样的三轴加载和三轴加卸荷试验,分析2种应力路径下的应力–应变特征、强度特征和裂纹扩展模式,从断裂力学角度揭示了裂纹扩展机制。结果表明：随围压和岩桥长度的增加,试样峰值强度和对应的应变增大,且三轴加卸荷峰值和应变均大于三轴加载;应力–应变曲线呈现出“突发式破坏”和“峰后回升”现象,部分试样还表现出“双峰值”特征;岩桥试样呈现贯通岩桥、贯通试样上端面、向外环向破坏、向内环向破坏及贯通试样下端面等5类裂纹扩展模式;岩桥试样在下部节理尖端应力集中处产生张拉裂纹和剪切裂纹,大部分裂纹起裂角集中在40°～50°范围。中部岩桥三轴加卸载力学试验表明,边坡锁固段并非一次剪断破坏,可能呈现逐次多级破坏模式,本研究获得的岩桥裂纹扩展及破坏机制,可为锁固型岩质边坡开挖卸荷的破坏机制和变形特征提供理论支撑。     

中部“砥柱”锁固平面旋转切向层状岩质滑坡启动力学机理与稳定性判据

中部“砥柱”锁固平面旋转滑坡,是切向层状岩质斜坡在特殊的边界条件控制下,发生渐进性变形而形成的。其主要特征是：在平面上,滑体中部的潜在滑床面部位,岩层抗剪强度较高,出现坡体变形的相对锁固段：而由滑体中部向周围边界,坡体变形逐渐增大。且变形岩体围绕着滑体的中部呈现出平面旋转变形之趋势。引起滑坡平面旋转的根本原因是滑体在变形时,其所受诸力的合力不通过滑体重心,从而产生了使滑体发生旋转的力矩。其变形与破坏模式可以概化为：在自重力、滑床摩擦力、滑床锁固段阻力和滑体周围边界处围岩切层阻力的共同作用下,圆环状岩块(岩板)所发生的平面旋转变形以及临界状态下“锁固段”的旋转破坏问题。基于弹性力学的平面应力问题,分析了圆环状岩块的旋转应力场：并应用极限平衡方法,分析了旋转滑坡下滑失稳的启动条件和旋转滑动的力学机理,建立了滑坡稳定性的判据。     

“挡墙溃屈”型滑坡锁固段抗滑稳定性研究

“挡墙溃屈”型滑坡是一类典型的大型岩质边坡破坏失稳模式,锁固段的物理力学性能为该类边坡稳定性的控制因素。依据此类边坡的受力特征,将上部坡体按其地质结构(如岩体层面)划分计算条块,采用极限分析上限法求出上部坡体对锁固段的作用力(方向和大小)。通过对锁固段的极限剪切平衡分析,推导了剪切破坏模式下锁固段的稳定性系数计算公式。以四川溪口滑坡为例进行了应用分析。首先根据稳定性系数与锁固段剪切面倾角的关系,确定锁固段最危险截面位置。进而定量分析了最危险截面宽度与边坡稳定状态的相关性。研究成果对“挡墙溃屈”型滑坡的稳定性评价及灾害控制具有较好的指导意义。     

“挡墙溃屈”型滑坡锁固段抗滑稳定性研究

“挡墙溃屈”型滑坡是一类典型的大型岩质边坡破坏失稳模式,锁固段的物理力学性能为该类边坡稳定性的控制因素。依据此类边坡的受力特征,将上部坡体按其地质结构（如岩体层面）划分计算条块,采用极限分析上限法求出上部坡体对锁固段的作用力（方向和大小）。通过对锁固段的极限剪切平衡分析,推导了剪切破坏模式下锁固段的稳定性系数计算公式。以四川溪口滑坡为例进行了应用分析。首先根据稳定性系数与锁固段剪切面倾角的关系,确定锁固段最危险截面位置。进而定量分析了最危险截面宽度与边坡稳定状态的相关性。研究成果对“挡墙溃屈”型滑坡的稳定性评价及灾害控制具有较好的指导意义。     

王家岩滑坡锁固段剪切震动触发启程剧动试验

启程剧动机制一直是高速滑坡研究的热点和难点。以锁固段剪切破裂触发的震动为切入点,通过岩体剪切破裂震动试验,研究王家岩滑坡启程剧动模式及启动加速度。将锁固段面积占潜在滑面总面积的百分比定义为锁固段面积率,进行不同锁固段面积率的板岩岩体剪切破裂震动试验,分析震动加速度与锁固段面积率之间的关系,在此基础上研究锁固段剪切破裂震动对滑坡启动的影响,提出王家岩滑坡启程剧动机制。试验结果表明,剪切破裂震动加速度随锁固段面积率的增加而增大;王家岩滑坡启动为斜向上的抛射,而非沿潜在滑面的滑动,并提出王家岩滑坡的抛射启动加速度及抛射方向。     

浅层基岩顺层滑坡的形成机制和变形破坏特征

通过对重庆市彭水县沙子口滑坡地质背景、基本特征的分析,归结出碳酸盐岩地区基岩顺层滑坡的现成机制和变形破坏特征.分析表明:此类滑坡大多为浅层滑坡,强降雨引起的滑带土强度降低和静水压力是滑坡的关键诱发因素,同时地震也可以在瞬间诱发滑坡的滑动、破坏.由于滑面没有完全贯通形成了锁固段,滑坡在滑动破坏以前可以没有任何变形迹象,具有很强的突发性,且滑动速度快、动能高、破坏力强.此类滑坡在广大的碳酸盐岩分布区,特别是西南地区的工程建设中具有较强的代表性,对此类滑坡的形成机制和变形破坏特征的研究可以为预防、治理此类滑坡灾害提供地质依据.     

折线型复合式滑坡渐进破坏稳定性状态的力学判别

折线型复合式滑坡各区段岩土体性质及应力状态的差异加剧了稳定性判别的难度，以该类滑坡为对象，研究其渐进破坏稳定性状态演化的力学判别。结合滑带土应变软化特性构建滑坡力学模型，将其渐进破坏过程划分为8个演化阶段，并依据静力平衡条件及传递系数法建立与之对应的稳定性计算方程，以示滑坡渐进发展中由首尾向中部区段间的荷载传递机制，揭示滑坡局部和整体所受荷载、应力分布与稳定性状态间的量化差异及演变规律。研究结果表明：演化初期滑坡稳定性降幅较小，当渐进破坏发展至中部锁固段时，滑坡稳定性开始大幅衰减。处于滑坡自主助力阶段之前于首尾两端布设的防治工程将是节能高效的，若处于该阶段内则需结合扰动荷载传递位置及自主荷载积累的大小来判定防治部位，错过该治理关键阶段应考虑以锁固段的稳定为主。     

崩滑灾害临界位移演化的指数律

基于锁固段概念和重正化群理论,从新的思路和视角出发,提出崩滑灾害临界位移演化的2个指数律,发现斜坡失稳的临界位移与加速蠕变起点的位移和锁固段的个数有关。第一律适用于斜坡的脆性破坏分析,例如岩崩、滚石和岩体倾倒破坏;第二律适用于斜坡的蠕变破坏分析预测,例如岩滑、堆积层滑坡、黄土滑坡以及含锁固段的黏土滑坡。多个典型滑坡实例分析表明上述指数律的广泛适用性与可应用性。所提出的方法能够在崩滑灾害的中期、短期及临阵预报方面发挥作用。     

水库滑坡变形特征和预测预报的数值研究

水库滑坡不同于一般山体滑坡,其稳定性受水位波动的影响十分明显。由于水库滑坡的特殊性和重要性,其变形特征和预测预报的研究已成为目前研究的热点和难点。库水水位的波动,改变了水库滑坡的水力边界条件,引起坡体内渗流场的非稳定渗流,采用传统的分析方法很难对其变形破坏特征和稳定性的动态变化进行研究,并对其失稳破坏进行预测预报。因此,基于数值极限分析方法对水位下降过程中滑坡体的变形特征和稳定性的动态变化规律进行了研究;通过位移-时间关系曲线以及位移-时间对数关系曲线对滑坡体的变形破坏特征进行了定量研究,并提出利用水平位移陡升段（加速段）和水平方向的夹角作为滑坡临滑预报的判据,为认清水库滑坡的破坏机制和提升其预报水平提供了新的思路。     

地震作用下顺层岩质滑坡启动机制研究

为研究地震作用下顺层岩质滑坡的启动机制,利用断裂力学原理分析滑坡后缘起始裂纹扩展的几何条件和应力条件,推导出最危险起始裂纹角的计算公式,并基于滑坡后缘断裂带完全贯通的条件下,推导在临床弹冲–峰残强降–波动震荡复合效应作用下的滑坡启动速度。研究结果表明,起始裂纹若由次级节理结构面拉裂形成,则次级节理结构面倾角为39.5°的斜坡的起始裂纹最易扩展;滑坡启动经历了后缘起始裂纹累积断裂,后缘断裂带贯通,底部断裂带锁固段瞬间剪断,临床弹冲应变能、峰残强降能释放转化为滑体的初步动能,进一步在波动震荡作用下加速,最终抛离滑坡剪出口的过程。结合"5·12"汶川大地震中青川县东河口滑坡实例分析得出,该滑坡的启动速度受临床弹冲效应影响显著,锁固段剪断瞬间的临床弹冲带条分高度和锁固段长度对启动速度具有决定性控制作用,若不考虑条分高度和锁固段长度的内在联系,在能量转化率为100%时,滑坡启动速度上限为12.5 m/s。     

蒸压粉煤灰砖砌体应力-应变全曲线研究

为了解蒸压粉煤灰砖砌体的受压变形特征,建立蒸压粉煤灰砖砌体的本构关系,在标准试验方法基础上引入刚性元件,对6组共36个实心砖和多孔砖砌体短柱进行了轴心受压试验,得到试件在受压过程中的开裂及破坏形态、变形特征及特征值以及应力-应变全曲线。试验研究表明：蒸压粉煤灰砖砌体的受压破坏过程及特征与普通砖砌体类似,多孔砖砌体的破坏脆性较大;蒸压粉煤灰砖砌体的弹性模量值高于现行规范计算值;峰值压应变随抗压强度增高而增大;其受压本构关系可采用三段式来表达,上升段由直线段和曲线段组成,下降段为曲线段,与以往的砌体受压本构关系相比,其更接近实测数据。     

唐家山滑坡变形运动机制的离散元模拟

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常危害较大。以汶川地震触发的唐家山滑坡为例,在野外现场调查基础上,采用离散元数值模拟技术,对滑坡由变形累积到破坏滑动的全过程进行模拟,以研究地震作用下顺层岩质滑坡的变形破坏过程。结果表明：在地震力及滑体重力作用下,坡顶首先形成应力集中,滑体沿中后部的软弱面产生蠕变变形,随着持续的地震动力输入,应力不断向中前部的锁固段集中,使得变形沿接触面不断向坡脚方向扩展,最终从坡脚剪出,破裂面贯通形成滑带;通过滑动过程模拟表明,唐家山滑坡运动模式为：启动→高速滑动→碰撞停积→自稳过程,滑坡滑动过程中,斜坡表层部分块体在地震水平力作用下发生临空抛射现象,表层岩体在滑动过程中,受地震竖向作用力而发生垂直抛落现象;地震力作用下坡体中质点加速度、速度具有高程放大效应,表现为水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数、水平速度放大系数大于竖向速度放大系数,对比结构面监测点和基岩监测点加速度、速度放大系数,表明滑坡启动时具有较大的加速度,也说明不连续结构面对岩质边坡的动力反应起着控制性作用。     

三峡库区堆积层滑坡变形破坏演变机理

滑坡的蠕变破坏演化机理指在滑坡各种诱发因素作用下,显示滑坡的发生、变形、破坏的全过程与时空规律。该文从宏观观测、监测数据与数值计算三个方面分析研究了滑坡演化机理,提出了相应的滑坡阶段划分及其评价指标。重点是应用有限元极限分析法和黏弹塑性模型,给出了滑坡监测点的位移-时间曲线;直观显示了滑面的受力、变形到破坏的全过程;通过计算位移-时间曲线与监测位移-时间曲线的对比,给出了滑坡不同时刻的实时稳定安全系数,由此可确定滑坡已经进入哪一阶段,并获得滑坡的临滑时间及预测最终滑动时间,为滑坡的预报预警提供可靠依据。从而使滑坡演化机理的认识提升到可视的、定量的、可预测的阶段。     

20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制

中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家,其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位,尤其是在中国的西部地区,大型滑坡更是以其规模大、机制复杂、危害大等特点著称于世,在全世界范围内具有典型性和代表性。收集20世纪以来发生在中国大陆的典型大型滑坡灾害实例,并重点对其中的11例进行深入的分析和讨论;这些大型滑坡涉及到不同的地质环境条件和坡体地质结构,具有不同诱发机制和触发因素。分析结果表明,中国大陆大型滑坡发育最根本的原因是具有有利的地形地貌条件,约80%的大型滑坡发生在环青藏高原东侧的大陆地形第一个坡降带范围内。同时,该地区也是世界上板内构造活动最为活跃的地区,其地壳内、外动力条件强烈的交织与转化,促使高陡边坡发生强烈的动力过程,从而也促进大型滑坡灾害的发育。强震、极端气候条件和全球气候变化构成大型滑坡发生的主要触发和诱发因素：中国南方暴雨强度达到200～300mm/d时就易于触发大滑坡的发生;中国西北地区春季冻结层的融化,也是大规模黄土滑坡发生的诱因。近年来全球气候变化导致气温上升、雪线上移、冰川后退、冰湖溃决,也都成为特定地区大型滑坡灾害发生的诱发和触发因素。另外,70%以上大型滑坡发生与人类活动有密切的关系。滑坡机制分析结果表明,中国的大型滑坡通常具有复杂的生成机制：总的来看,大型滑坡发生的岩土介质主要有以下3类,即岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。除松散堆积层滑坡,前两者都涉及复杂的演化机制及过程,其典型的地质–力学模式包括：滑移–拉裂–剪断“三段式”模式、“挡墙溃决”模式、近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式、顺倾岩层的蠕滑（弯曲）–剪断模式等。每一类模式都具有其对应的岩体结构条件和特定的变形破坏演变过程。通常大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面上“锁固段”的突发脆性破坏,“锁固段”在岩质边坡的变形控制和稳定性机制中具有重要地位,也是边坡地质灾害评价与控制的关键。实践结果表明,查明边坡（滑坡）变形破坏的地质力学模式是滑坡地质灾害防治的基础所在。     

陡倾反向岩质滑坡破坏机制及影响因素研究

重庆市巫溪县中梁乡硝洞槽-郑家大沟滑坡是一处典型的大型陡倾反向岩质滑坡,滑坡是在坡脚中梁水库蓄水后形成的,研究该类滑坡的破坏机制及影响因素对于开展该类滑坡的防治具有十分重要的意义。笔者在分析滑坡变形特征的基础上,结合专业监测成果,对硝洞槽-郑家大沟滑坡的破坏机制及影响因素进行了深入研究。研究表明,滑坡破坏类型主要为弯曲-折断破坏,包括弯曲、弯曲拉裂、折断破坏3个阶段。滑坡的影响因素包括坡体内在因素和诱发因素2个方面,本文重点研究了诱发因素,该滑坡诱发因素主要为水库蓄水,库水位抬升后,滑坡变形持续增加,且库水位越高,滑坡变形速度越快。     

滑面驱动下坡积体渐进变形及其启动数值解析

考虑地下水和坡积体-稳定坡体接触面附近土体的应变软化,在Bingham模型的基础上研究滑动接触面对坡积体渐进变形及滑坡启动运动规律的影响,得到了坡积体渐进变形和滑坡启动的解析解。结果表明:坡积体存在着随深度呈幂函数形式分布的变形场或速度场,且在接触面附近剪切速率最大;当接触面附近土体渐进变形达到阈值时,应变软化导致力学参数降低,发生渐进破坏,坡积体由渐进变形过渡到滑坡启动阶段。将模型计算值与某滑坡实测位移值比较,得到较好的模拟结果。